Simulert bilde som viser fordelingen av materien i universet. Bildekreditt: MPG. Klikk for å forstørre.
Virgo-konsortiet, en internasjonal gruppe astrofysikere fra Storbritannia, Tyskland, Japan, Canada og USA, har i dag (2. juni) gitt ut første resultater fra den største og mest realistiske simuleringen noensinne av veksten av kosmisk struktur og dannelse av galakser og kvasarer. I en artikkel publisert i Nature viser Virgo Consortium hvordan sammenligning av slike simulerte data med store observasjonsundersøkelser kan avsløre de fysiske prosessene som ligger til grunn for oppbyggingen av ekte galakser og sorte hull.
"Millennium Simulation" brukte mer enn 10 milliarder partikler av materie for å spore utviklingen av materiedistribusjonen i en kubikkregion av universet over 2 milliarder lysår på en side. Det holdt den viktigste superdatamaskinen ved Max Planck Society's Supercomputing Center i Garching, Tyskland okkuperte i mer enn en måned. Ved å bruke sofistikerte modelleringsteknikker på 25 Terabyte (25 millioner Megabyte) av lagret utgang, er Jomfruforskere i stand til å gjenskape evolusjonshistorier for de omtrent 20 millioner galakser som befolker dette enorme volumet og for de supermassive svarte hull som tidvis blir sett på som kvasarer i hjertet. .
Teleskoper følsomme for mikrobølger har kunnet avbildet universet direkte da det bare var 400 000 år gammelt. Den eneste strukturen på den tiden var svake krusninger i et ellers ensartet hav av materie og stråling. Gravitasjonsdrevet evolusjon gjorde senere disse krusningene til den enormt rike strukturen vi ser i dag. Det er denne veksten Millennium Simulation er designet for å følge, med de to målene om å sjekke at dette nye paradigmet for kosmisk evolusjon virkelig stemmer overens med det vi ser, og å utforske den komplekse fysikken som ga opphav til galakser og deres sentrale sorte hull .
Nyere fremskritt innen kosmologi viser at omtrent 70 prosent av vårt univers for tiden består av Dark Energy, et mystisk kraftfelt som får det til å utvide seg stadig raskere. Omtrent en fjerdedel består tilsynelatende av Cold Dark Matter, en ny type elementær partikkel som ennå ikke er direkte påvist på Jorden. Bare rundt 5 prosent er laget av det vanlige atommaterialet som vi er kjent med, det meste av det som består av hydrogen og helium. Alle disse komponentene blir behandlet i Millennium Simulation.
I Naturartikkelen sin bruker jomfruforskerne Millennium Simulation for å studere den tidlige veksten av sorte hull. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) har oppdaget en rekke veldig fjerne og veldig lyse kvasarer som ser ut til å være vertskap for svarte hull minst en milliard ganger mer massiv enn sola på en tid da universet var mindre enn en tiendedel av sin nåværende alder.
"Mange astronomer trodde dette var umulig å forene seg med den gradvise veksten av strukturen som var forutsagt av standardbildet," sier dr. Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching), leder av Millennium-prosjektet og den første forfatteren av artikkelen, "Yet , da vi prøvde ut vår galakse- og kvasarformasjonsmodellering, fant vi ut at noen få massive sorte hull danner seg tidlig nok til å gjøre rede for disse veldig sjeldne SDSS-kvasarene. Deres galakseverter vises først i Millennium-dataene når universet bare er noen hundre millioner år gammelt, og i dag har de blitt de mest massive galaksene i sentrum for de største galakse-klyngene. "
For prof Carlos Frenk (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), leder av Jomfruen i Storbritannia, er det mest interessante aspektet av de foreløpige resultatene det faktum at Millennium Simulation for første gang demonstrerer at de karakteristiske mønstrene preget saken. distribusjon ved tidlige epoker og synlig direkte i mikrobølgeovnkartene, bør fremdeles være til stede og bør være påvisbar i den observerte distribusjonen av galakser. "Hvis vi kan måle baryonen vrikker tilstrekkelig", sier prof Frenk, "så vil de gi oss en standard målestang for å karakterisere universets geometri og ekspansjonshistorie og for å lære om den mørke energiens natur."
"Disse simuleringene gir svimlende bilder og representerer en betydelig milepæl i vår forståelse av hvordan det tidlige universet tok form." sa PPARCs administrerende direktør, prof. Richard Wade. "Millennium Simulation er et strålende eksempel på samspillet mellom teori og eksperiment i astronomi ettersom de siste observasjonene av astronomiske objekter kan brukes til å teste spådommene for teoretiske modeller for universets historie."
De mest interessante og vidtrekkende bruksområdene fra Millennium Simulation er fremdeles å komme i følge prof. Simon White (Max Planck Institute for Astrophysics) som leder jomfruens innsats i Tyskland. "Nye observasjonskampanjer gir oss informasjon med enestående presisjon om egenskapene til galakser, sorte hull og universets storskala struktur," bemerker han. Vår evne til å forutsi konsekvensene av våre teorier må nå et samsvarende presisjonsnivå hvis vi skal bruke disse undersøkelsene effektivt for å lære om vår opprinnelse og natur. Millennium Simulation er et unikt verktøy for dette. Vår største utfordring nå er å gjøre sin makt tilgjengelig for astronomer overalt, slik at de kan sette inn sin egen galakse- og kvasarformasjonsmodellering for å tolke sine egne observasjonsundersøkelser. ”
Originalkilde: PPARC News Release
